Alternative zur Lithium-Ionen-Zelle soll besonders in kalten Klimazonen punkten
Am gestrigen Donnerstag kündigte CATL bei einer Online-Veranstaltung eine Natrium-Ionen-Batterie an. Daneben arbeitet der Batteriehersteller auch an einer Hybridbatterie, die Lithium-Ionen-Zellen und Natrium-Ionen-Zellen in einem Batteriepaket vereint.
Der Natrium-Ionen-Akku basiert auf dem gleichen Prinzip wie die gängige Lithium-Ionen-Zelle. Im Elektrolyt bewegen sich statt Lithium-Ionen hier aber Natrium-Ionen von der Kathode zur Anode (oder umgekehrt).
Natrium gehört wie Lithium zu den Alkalimetallen, steht aber im Periodensystem der Elemente eine Zeile tiefer. So sind die Natrium-Ionen deutlich größer als Lithium-Ionen, was zu Schwierigkeiten mit den bei Lithium-Ionen-Akkus eingesetzten Graphit-Anode führen kann.
Die geringere Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien hat das Interesse an der Technik in den letzten Jahren geschmälert, so CATL. Aber es könnte zurückkehren, da diese Batterie-Chemie ihre eigenen, spezifischen Vorteile hat.
Das Unternehmen beschreibt seine Zellen folgendermaßen:
“CATL widmet sich seit vielen Jahren der Erforschung und Entwicklung von Elektrodenmaterialien für Natrium-Ionen-Batterien. Bei den Kathodenmaterialien hat CATL Preußisch-Weiß-Material mit einer höheren spezifischen Kapazität verwendet und die Volumenstruktur des Materials durch Neuordnung der Elektronen neu gestaltet, was das generelle Problem der schnellen Kapazitätsverringerung beim material cycling löste.
In Bezug auf die Anodenmaterialien hat CATL ein hartes Kohlenstoffmaterial entwickelt, das eine einzigartige poröse Struktur aufweist, die eine ausreichende Speicherung und schnelle Bewegung der Natriumionen ermöglicht, sowie eine hervorragende Zyklusleistung.”
Die erste Generation der Natrium-Ionen-Zelle von CATL soll bereits eine ordentliche Energiedichte haben, sich schnell aufladen lassen und auch bei niedrigen Temperaturen noch fast die gleiche Speicherkapazität bieten wie bei Raumtemperatur:
- Energiedichte: bis 160 Wh/kg (Ziel für die zweite Generation: 200 Wh/kg)
- Aufladen: in 15 Minuten auf bis zu 80% SOC bei Raumtemperatur
- Niedrige Temperaturen: bei -20 Grad bleiben über 90% der Speicherkapazität erhalten
Laut CATL übertrifft die Natrium-Ionen-Batterie Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus (LFP) bei niedrigen Temperaturen, beim schnellen Laden und der Zykluslebensdauer, doch die Energiedichte ist derzeit noch geringer. Daher kann sich CATL speziell eine Verwendung in kalten Klimazonen vorstellen:
“Die erste Generation von Natrium-Ionen-Batterien kann in verschiedenen Szenarien der Elektrifizierung des Verkehrs eingesetzt werden, insbesondere in Regionen mit extrem niedrigen Temperaturen, wo ihre herausragenden Vorteile offensichtlich werden.”
Die Eigenschaften der Na-Ionen-Batterie im Vergleich mit LFP
Hybrid-Akku “CATL AB”
Zu den Vorteilen der Natrium-Ionen-Zellen gehört auch, dass sie sich zusammen mit Lithium-Ionen-Zellen im gleichen Akkupaket verwenden lassen. Eine solche Hybridbatterie (oder “AB-Batteriesystem”, wie CATL schreibt) soll in Kombination mit einer intelligenten Steuerung je nach Bedarf die Tieftemperaturleistung der Natrium-Ionen-Zellen oder die hohe Energiedichte der Lithium-Ionen-Zellen nutzen.
“In Sachen Batteriesystem-Innovation hat CATL einen weiteren Durchbruch in der Batteriesystemintegration geschafft und eine AB-Batteriesystemlösung entwickelt, die Natrium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien in einem bestimmten Verhältnis in eine Batterie integriert und die verschiedenen Batteriesysteme durch den BMS-Präzisionsalgorithmus steuert.
Die AB-Batteriesystemlösung kann die derzeit geringe Energiedichte der Natrium-Ionen-Batterie ausgleichen und die Vorteile ihrer hohen Leistung bei niedrigen Temperaturen erweitern. Dank dieses innovativen Struktursystems werden die Anwendungsszenarien für das Lithium-Natrium-Batteriesystem erweitert.”
Laut CATL gibt es so zum Beispiel im Winter keine Einschränkungen beim regenerativen Bremsen.
Ein wichtiger Vorteil ist auch, dass der Natrium-Ionen-Akku mit den gleichen Produktionsanlagen gefertigt werden kann wie Lithium-Ionen-Zellen. CATL hat angeblich schon mit der Industrialisierung der neuen Zellen begonnen und strebt eine Serienfertigung im Jahr 2023 an.
Quelle: CATL
